—LIVRE BL ANC

Améliorer l’efficacité du transport
Progrès et opportunités
pour accélérer le transport durable

2A M É L I O R E R L’ E F F I C A C I T É D U T R A N S P O R T—
Transporter plus de personnes
et de marchandises avec moins d'énergie
Le transport est une partie essentielle et intégrante de nos vies, et le monde cherchedes moyens de réduire les émissions et de s'affranchir des combustibles fossiles.
C’est pourquoi nous avons besoin de modes de transport plus propres et plus durables.

Transport ferroviaire et efficacité
Lorsque nous réfléchissons à des méthodes de transport
efficaces, nos premières pensées vont souvent aux voitures etcamions électriques ou hybrides et rarement aux transports demasse. Les trains électriques sont utilisés depuis plus de 100 ans
et constituent l'un des modes de transport les plus efficaces quisoient. Même lorsque les trains sont alimentés par descombustibles fossiles, ils restent nettement plus efficaces que
les voitures et les camions. En réalité, seulement 3 % de l'énergie
mondiale est consommée par les chemins de fer alors qu'ils
assurent 9 % du transport mondial de passagers et 7 % dutransport de marchandises.1

Les chemins de fer sont très économes en énergie pour plusieurs
raisons, dont les plus importantes sont leur grande capacité detransport de passagers et de marchandises, l’efficacité élevée dela chaîne de traction et la très faible résistance au roulement desroues en acier sur des voies en acier. En moyenne, les trains sontprès de 12 fois plus efficaces sur le plan énergétique que lesvoitures par kilomètre-passager et 8 fois plus efficaces que lescamions par tonne de fret.²

PROGRÈS ET OPPORTUNITÉS POUR ACCÉLÉRER LE TR ANSPORT DUR ABLE

3Les progrès technologiques ont permis aux chemins de fer deréduire régulièrement leurs émissions de gaz à effet de serre tout
en améliorant leur efficacité énergétique.3 C'est pourquoi le rail est
actuellement promu et développé dans de nombreuses régions dumonde. Les infrastructures de transport urbain et de trains
à grande vitesse se sont rapidement développées au cours de ladernière décennie, parallèlement à la poursuite du développement
des services de banlieue et interrégionaux, jetant ainsi les bases
d'un système de transport pratique et respectueux
de l'environnement au sein des villes et entre elles.
2021 est « l'Année européenne du rail » et, par cette initiative, l'UE
entend mettre en avant les avantages du rail en tant que moyende transport durable, intelligent et sûr. Actuellement, l'UE appelleà des investissements massifs dans l'efficacité énergétique dansle but de décarboniser les transports, de soutenir le passage au rail
et d'augmenter sa part dans le transport de passagers et demarchandises.3
L'importance du rail en tant que moyen de transport durable etefficace ne se limite pas à une région géographique particulière.
Par exemple, le développement du métro et de lignes à grandevitesse se poursuit à un rythme étonnant en Chine, avec plus de
41 000 km de voies ferrées à grande vitesse construites au cours
des dix dernières années.2 D'autres grandes économies commel'Inde électrifient également rapidement leur réseau ferroviaire ets'apprêtent à tripler la longueur de leur réseau de métro au cours
des prochaines années. En Russie, 84 milliards de dollars devraientêtre investis dans les chemins de fer d'ici 2026, tandis qu'aux ÉtatsUnis, près de 621 milliards de dollars seront dépensés au cours deshuit prochaines années pour améliorer les infrastructures,notamment les systèmes ferroviaires. Le rail fait donc partie
intégrante de la planification des infrastructures et de la transition
durable dans le monde entier, avec des investissements plus
importants dans les réseaux ferroviaires nouveaux et existants.

2021 est l'année européenne du rail.⁴
Dans l'UE, le rail représente :7%de passagers

11 %de marchandises

Moins de 0,5 % des émissionsde gaz à effet de serre liées autransport

Opportunités d'amélioration
Le rail, comme décrit ci-dessus, est un mode de transport propre
et efficace par rapport à d'autres, mais cela ne signifie pas qu'il n'ya pas de possibilités d'amélioration. La question est donc de savoir
comment améliorer l'efficacité du transport ferroviaire et enparticulier celle du matériel roulantUne méthode consiste à spécifier des exigences plus élevées enmatière d'efficacité énergétique, qui peuvent être atteintes grâce
aux technologies déjà disponibles aujourd'hui, lors de l'achat denouveau matériel roulant. Pour les nouveaux investissements,
les exploitants de trains devraient choisir les systèmes de traction
les plus efficaces disponibles - cette sélection est particulièrement
importante dans la phase d'investissement car la consommationd'énergie représente une part significative des coûts du cycle devie d'un train. Ainsi, investir dans du matériel roulant économe enénergie permet non seulement d'accélérer la transition vers lamobilité durable, mais aussi de réduire le coût total de possession
pour l'exploitant.
L'efficacité énergétique du matériel roulant existant qui n'a pas
atteint sa fin de vie peut être améliorée en passant à des systèmesde traction plus efficaces, en ajoutant des systèmes de stockaged'énergie embarqués ou en réduisant la consommation d'énergie
auxiliaire grâce à une gestion intelligente de la charge et à une
propulsion et des auxiliaires plus efficaces sur le plan énergétique.
En outre, la mise en œuvre de systèmes d'assistance à l'éco-conduitepermet également de réduire la consommation d'énergie.5Jetons un coup d'œil à certaines des technologies disponibles pouraméliorer l'efficacité des véhicules ferroviaires.

—
Les transports représentent ¼ desémissions de gaz à effet de serre de l'UE.⁶

4A M É L I O R E R L’ E F F I C A C I T É D U T R A N S P O R T—
Des systèmes de tractionplus efficaces
Les véhicules ferroviaires fonctionnent généralement avec de l'électricité(alimentation AC ou DC) fournie par une caténaire ou un troisième rail, ou avec
des moteurs diesel embarqués. Sur un train électrique, le système de traction
comprend un transformateur de traction (uniquement sur les véhicules alimentés
en courant alternatif), un convertisseur de traction et des moteurs de traction.
Dans les trains électriques diesel, le système de traction est composé d'alternateurs,de convertisseurs de traction et de moteurs de traction. Indépendamment
du système d'alimentation électrique, la technologie utilisée dans le systèmede traction aura un effet significatif sur l'efficacité énergétique.

Transformateurde traction

Système de contrôle
et de surveillancedes trains

Moteur detraction

Convertisseurde traction

Convertisseur
auxiliaire

Chargeurde batterie

Stockagede l'énergie

Alternateur
dieselPROGRÈS ET OPPORTUNITÉS POUR ACCÉLÉRER LE TR ANSPORT DUR ABLE

5Améliorer l'efficacité de la chaîne de tractionChaînes dynamiques hybrides

Le convertisseur de traction convertit l'alimentation électriqueprovenant de la source d'énergie en une sortie à tension etfréquence variables en fonction des besoins du train. Le choix
du convertisseur de traction est donc essentiel pour réduire
la consommation d'énergie de tous les autres composantsde la chaîne de traction.

Bien que l'électricité soit couramment utilisée pour alimenterles trains, un grand nombre d'entre eux utilisent encore le diesel
lorsque les lignes électriques aériennes ne sont pas disponibles.
Par exemple, en Europe, si près de 100 % des réseauxferroviaires urbains sont électrifiés, seuls 60 % des réseaux degrandes lignes le sont. Comme ces lignes supportent une faible
densité de trafic, il est souvent non viable économiquementde les électrifier et, pour cette raison, il est peu probablequ'elles soient électrifiées dans un avenir proche.

—Les convertisseurs de traction
BORDLINE® d'ABB peuvent réduire
la consommation d'énergie d'untrain de banlieue jusqu'à 20 %.7
La chaîne de traction basée sur le convertisseur de traction
multi-niveaux d'ABB est parmi les plus efficaces du marché.
Les convertisseurs compacts BORDLINE® d'ABB utilisent ladernière génération de transistors bipolaires à porte isolée(IGBT). Cette caractéristique, associée à la topologie multiniveaux, à une fréquence de commutation élevée et au contrôlede la meilleure efficacité (BEC), permet une optimisation totale
du transformateur de traction et des moteurs et réduit
considérablement les pertes dans la chaîne de traction,sans compter d'autres avantages tels que la réduction du bruitet des contraintes mécaniques de la chaîne dynamique. Un train
de banlieue typique peut réduire sa consommation d'énergiejusqu'à 20 %, diminuant ainsi non seulement l'impact sur
l'environnement mais aussi les coûts d'exploitation.8

Crédit d'image : Stadler

Le système de stockage d'énergie embarqué peut être utilisé
pour stocker l'énergie régénérée lors du freinage. L'énergiestockée peut alors être réutilisée pour fournir une force motriceau véhicule pendant la phase d'accélération mais également
pour alimenter les charges auxiliaires embarquées lors desarrêts en station, évitant ainsi de faire fonctionner le moteur
diesel et réduisant ainsi les émissions locales. L'utilisation d'unsystème de stockage d'énergie embarqué permet égalementde réduire la taille du moteur diesel et de le faire fonctionnerplus souvent à un rendement optimal, le système de stockaged'énergie faisant office de stockage tampon et fournissantla puissance de pointe.

—En utilisant un système hybride, un train
hybride diesel-électrique à deux voitures
peut réduire sa consommation d'énergiede 15 à 20 %.8

6A M É L I O R E R L’ E F F I C A C I T É D U T R A N S P O R T

L'hybridation des chaînes dynamiques diesel-électriquecontribue certes à réduire l'impact sur l'environnement, mais
ne permet pas de s'affranchir totalement des combustibles
fossiles. C'est pourquoi deux autres solutions ont vu le jouret gagnent en popularité sur le marché ferroviaire :a.
b.

trains équipés de piles à combustible à hydrogène en
combinaison avec des batteries
trains électriques équipés de batteries embarquées pourune exploitation sans caténaire.

ABB sert déjà ces deux approches grâce à des convertisseurs detraction et des batteries de traction qui sont particulièrement
optimisés pour ces technologies hybrides.

Batteries pour le transport de masse
Les systèmes de stockage de l'énergie deviennent une partie
intégrante des véhicules électriques dans le transport routieret ferroviaire, et ils joueront un rôle clé dans la transition vers
une mobilité économe en énergie. La prévalence croissantede ces technologies contribuera à décarboniser les transportset à offrir de nombreux autres avantages, notamment une
meilleure flexibilité opérationnelle et un coût total
de possession plus faible.

Les exigences relatives aux batteries utilisées dans les véhiculesde transport public sont très différentes de celles utiliséesdans les voitures électriques. Les batteries utilisées dans lesapplications de transport de masse, comme les chemins de fer,les trolleybus et les bus électriques, doivent avoir des capacitésde charge de grande puissance, supporter une utilisation
continue et résister à de multiples cycles de charge plus élevés.
En effet, alors que les voitures particulières sont généralement
utilisées moins de quelques heures par jour, les véhicules detransport public sont utilisés en moyenne 16 à 18 heures parjour. Ils doivent également répondre à des exigences de sécurité
tenant compte du nombre de passagers transportés et del'infrastructure sur laquelle ils sont déployés (comme une
exploitation dans des tunnels et sur des ponts).
Pour répondre à ces exigences, ABB a développé le système destockage d'énergie (ESS) BORDLINE®, une nouvelle technologie
puissante de batterie lithium-ion. BORDLINE® ESS est déjà
utilisé dans de nombreux véhicules ferroviaires et routiers,
qu'il s'agisse d'unités multiples hybrides diesel, de véhiculeslégers sur rail, d'unités multiples électriques ou de trolleybus.

PROGRÈS ET OPPORTUNITÉS POUR ACCÉLÉRER LE TR ANSPORT DUR ABLE

Trolleybus
Tout comme les véhicules ferroviaires,les trolleybus sont généralement alimentéspar des lignes aériennes. Et, comme pourles véhicules ferroviaires, leur rayon d'action
est limité aux routes qui disposent d'unréseau électrique aérien. C'est pourquoi
les villes utilisent souvent des bus diesel
pour desservir des itinéraires qui nedisposent pas d'une infrastructureélectrique aérienne. Grâce aux progrèsde la technologie des batteries, l'autonomie
d'un trolleybus peut désormais être étendue
au-delà des limites du réseau électriqueaérien. Ces avancées permettent de réduirela pollution, le bruit, les émissions,les investissements dans les réseauxet la consommation d'énergie.

Modernisations
Dans les réseaux ferroviaires existants,
le matériel roulant peut dater de plusieurs
décennies. Même si les systèmes de tractionde ces trains sont encore en état de marche,l'électronique de puissance et les techniquesde contrôle ont fait d'énormes progrès depuis leur mise en service. Ainsi, la modernisation des anciens trains avec des composants de pointe permet non seulement deprolonger leur durée de vie opérationnelle,mais aussi d'améliorer considérablement
leur efficacité et leur fiabilité, et de réduire
les coûts d'exploitation et de maintenance.
En fonction de leur état et de leur âge, un ou
plusieurs des composants de la chaîne detraction (par exemple le convertisseur detraction) peuvent être mis à niveau pouraméliorer les performances, ou de nouveaux
systèmes tels que ESS peuvent être ajoutés.

RÉFÉRENCES CLIENTSLes avantages du stockage de l'énergie à bord
La ville de Zurich a récemment remplacé ses bus diesel sur la ligne
83 par huit trolleybus électriques équipés de convertisseurs detraction, de moteurs électriques et de batteries ABB. Les trolleybus
utilisent les lignes aériennes lorsque cela est possible et les batteries
lorsque les lignes aériennes ne sont pas disponibles. Les batteriessont chargées par les lignes aériennes lors de l’exploitation normale.
Le système de batterie permet également un freinage régénératifà 100 % qui réduit la consommation d'énergie d'environ 15 % parrapport à un trolleybus classique. Au total, le passage de véhicules
diesel à des véhicules électriques permet d'économiser plus
de 200 000 litres de diesel et 540 tonnes d'émissions de CO₂ par an.

RÉFÉRENCES CLIENTS

Modernisation des locomotives CFF
Dans le cadre d'un projet de modernisation du parc ferroviaire desChemins de fer fédéraux suisses (CFF), ABB a équipé 119 locomotives
de convertisseurs de traction et de systèmes de commandemodernes. Les travaux de modernisation comprennent le retrait
des convertisseurs GTO (thyristor interrupteur) plus anciens etmoins efficaces et leur remplacement par des convertisseurs IGBTplus efficaces et plus flexibles. Les améliorations devraient
permettre d'économiser environ 27 GWh/an, ce qui équivaut
à la consommation de 6 750 ménages suisses.77

A M É L I O R E R L’ E F F I C A C I T É D U T R A N S P O R T8—Conclusion
Poursuivre le voyage vers une meilleure efficacité
Les trains électriques sont utilisés depuis plus de 100 ans,et la technologie a beaucoup évolué depuis. Aujourd'hui, nous
disposons d'équipements de traction beaucoup plus puissantset efficaces, qui permettent de réduire encore l'impact
environnemental du matériel roulant ferroviaire et des autres
véhicules utilisés pour le transport de masse. À l'heure actuelle,
les changements et les améliorations dans le secteur destransports sont fortement motivés par l'urbanisation et parles objectifs et les réglementations qui visent à mettre en placedes solutions durables et à faible émission de carbone.
En outre, les progrès technologiques sont également
susceptibles de transformer davantage le secteur.

(1)

https://www.iea.org/reports/rail(2)

IEA, The Future of Rail, Opportunities for energy and the environment,
https://iea.blob.core.windows.net/assets/fb7dc9e4-d5ff-4a22-ac07ef3ca73ac680/The_Future_of_Rail.pdf(3)

Fiche d'information sur la durabilité de l'UE, https://www.unife.org/wp-content/uploads/2021/04/Sustainability-Factsheet-February.pdf(4)

EU press release, The journey begins – 2021 is the European Year of Rail!,
https://ec.europa.eu/commission/presscorner/detail/en/IP_20_2528(5)https://uic.org/sustainability/energy-efficiency-and-co2-emissions/(6)

Page de l'UE sur le transport durable, https://ec.europa.eu/transport/themes
sustainable_en(7)

Basé sur les calculs d'ABB(8)

Basé sur les calculs et les mesures d'ABB

Dans le monde entier, le secteur ferroviaire s'efforce d'atteindre
les objectifs en matière d'efficacité et d'émissions,et la technologie permettant d'apporter des améliorationssignificatives est déjà disponible. Bien que nous ayons parcouru
un long chemin, l'amélioration de l'efficacité de nos systèmesde transport est un voyage qui doit se poursuivre.

PROGRÈS ET OPPORTUNITÉS POUR ACCÉLÉRER LE TR ANSPORT DUR ABLE—
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Activité Moteurs et Variateurs
324 rue du Chat Botté
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E-mail : contact.center@fr.abb.com—
https://www.energyefficiencymovement.com/fr/

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